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Stella Energia: Il fotovoltaico risponde, 03 Ottobre 2008 alle 09:54:58

'La pompa di calore': per risparmiare energia e proteggere l'ambiente

Cos'è, come funziona, quale scegliere

Cos'è una pompa di calore? Come funziona? A cosa serve? È conveniente?
Attraverso la rubrica settimanale "IL FOTOVOLTAICO RISPONDE"e il sito internet www.stellaenergia.it , la STELLA ENERGIA srl vuole rispondere a queste e ad altre domande
indicando le condizioni in cui, con la pompa di calore (p.d.c.), si può conseguire un risparmio energetico e, nel contempo,limitare l'impatto ambientale.
L'energia impiegata nel settore civile (residenziale e terziario) per il riscaldamento degli ambienti e dell'acqua sanitaria, rappresenta circa il 20% del consumo energetico totale italiano.
Tale energia è prodotta, per la quasi totalità, da combustibili, liquidi e gassosi, con inquinamento atmosferico, che provoca danni all'ambiente ed effetti nocivi alla salute dell'uomo.
Le nuove esigenze legate al miglior standard di vita comportano l'utilizzazione del condizionamento non solo degli ambienti di lavoro, ma anche delle abitazioni, con conseguenti aumenti dei consumi energetici.


CHE COS'E' UNA POMPA DI CALORE ?


La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta.Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d'aria.



COME E' FATTA E COME FUNZIONA


La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.
Il circuito chiuso è costituito da:un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e da un evaporatore.
Il condensatore e l'evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno.
Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all'evaporatore.
I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi "SPLIT") raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno.
Nel funzionamento il fluido frigorigeno, all'interno del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:
Compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall'evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo una certa quantità di calore.
Condensazione: il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all'esterno.
Espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda.
Evaporazione: il fluido frigorigeno assorbe calore dall'esterno ed evapora completamente.
L'insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia con il compressore, al fluido frigorigeno, questo, nell'evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.



EFFICENZA DELLA POMPA DI CALORE


Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:
Consuma energia elettrica nel compressore;
Assorbe calore nell'evaporatore, dal mezzo circostante, che può essere aria o acqua;
Cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua).


Il vantaggio nell'uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto estrae calore dall'ambiente esterno (aria-acqua).
L'efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione "C.O.P." che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.
Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori prossimi a 3.
Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 kWh (2.580 kcal) di calore al mezzo da riscaldare.
Il C.O.P. sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell'evaporatore).
Al di sotto di una temperatura compresa tra -2°C e 2°C la pompa di calore si disattiva in quanto le sue prestazioni si ridurrebbero significativamente. Va tenuto conto inoltre che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.



I DIVERSI TIPI DI POMPE DI CALORE


Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda (aria esterna al locale, acqua di falda o di fiume) e al pozzo caldo ( aria o acqua da riscaldare)che utilizzano.
Possono quindi essere del tipo: ARIA-ACQUA, ARIA-ARIA, ACQUA-ARIA e ACQUA -ACQUA.
L'aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque; tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura della sorgente.
Nel caso si utilizzi l'aria esterna, è necessario (intorno a 0°C), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia.
Diverso e più vantaggioso, è l'impiego come sorgente fredda dell'aria interna viziata (aria estratta) che deve essere comunque rinnovata.
L'acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne; tuttavia richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.
Il terreno, come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto
all'aria.
Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell'aria esterna e mantenere i benefici effetti dell'insolazione. È necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa, sia per il terreno necessario che per la complessità dell'impianto.



APPLICAZIONI DELLA POMPA DI CALORE


Le possibili applicazioni della pompa di calore sono:


CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI
È ormai attuale l'applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti nel settore residenziale e nel terziario (esercizi commerciali di medie dimensioni; parrucchieri; cucine di ristoranti; studi professionali), in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell'evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno
e freddo in estate (tipo Invertibile).
L'applicazione della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento + raffreddamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d'impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento.
Nel caso di edifici esistenti, l'applicazione della pompa di calore per il condizionamento degli ambienti, sia invernale che estivo, richiede un intervento di ristrutturazione dell'intero impianto termico ed elettrico, con conseguente maggior costo.
Diverse sono le applicazioni della pompa di calore nei settori terziario e industriale, ad esempio:
la climatizzazione delle piscine, l'essiccazione e processi tecnologici a bassa temperatura nell'industria agro-alimentare, ecc.


RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI E DELL'ACQUA SANITARIA
La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti e dell'acqua sanitaria. In questi casi vanno attentamente valutati gli aspetti economici rispetto ai sistemi tradizionali quali caldaie e scaldabagni elettrici o a gas.
Per il riscaldamento degli ambienti gli impianti possono essere di tipo:Monovalente o Bivalente.
Si utilizza la configurazione monovalente quando la pompa di calore è in grado di coprire interamente il fabbisogno termico necessario al riscaldamento degli ambienti. Se la pompa di calore usa come sorgente l'aria esterna, tale configurazione è adottabile nelle zone climatiche dove la temperatura esterna scende raramente sotto ai 0°C.
In caso contrario si deve realizzare un sistema bivalente, costituito dalla pompa di calore e da un sistema di riscaldamento ausiliario, cioè una caldaia tradizionale che copra il fabbisogno termico quando la temperatura dell'aria scende solo al di sotto di 0°C.
Per il riscaldamento dell'acqua sanitaria occorrono serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei normali scaldacqua in quanto la temperatura del1'acqua prodotta non supera i 55° C.



SCELTA DELLA POMPA DI CALORE


Nella scelta della pompa di calore occorre considerare:
Le caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata;Le caratteristiche tipologiche dell'edificio; Le condizioni di impiego.


CARATTERISTICHE CLIMATICHE
Le caratteristiche climatiche hanno importanza soprattutto qualora la sorgente fredda sia l'aria esterna; si può infatti avere, durante il periodo invernale, la formazione di brina sull'evaporatore, con conseguente cattivo scambio termico. Per ovviare a questo inconveniente la pompa di calore è dotata di un dispositivo di sbrinamento (ad esempio una resistenza elettrica).
Tale problema tuttavia non si presenta se si utilizza ,come sorgente fredda, aria estratta o acqua.



CARATTERISTICHE TIPOLOGICHE
Le caratteristiche tipologiche dell'edificio influenzano altresì la scelta del tipo di pompa di calore ad esempio:
In un appartamento vanno valutati gli spazi necessari per l'installazione e l'opportunità di utilizzare sistemi monoblocco o "split";
Nelle case monofamiliari la pompa di calore può essere installata in cantina o nel locale caldaia. In questo caso, rumore e condensa legati alla pompa di calore, non danno problemi e la vicinanza di una caldaia tradizionale può renderne possibile l'impiego bivalente;
Negli esercizi commerciali quali parrucchieri, cucine di ristoranti, ecc., l'installazione di una pompa di calore ad aria estratta può risultare molto conveniente poiché l'azione di raffreddamento e di deumidificazione rende più confortevole l'ambiente di lavoro.


CONDIZIONI DI IMPIEGO
Anche le condizioni di impiego nei diversi ambienti influenzano la scelta della pompa di calore; ad esempio se l'ambiente è destinato a residenza o ad attività lavorativa sedentaria non rumorosa, è consigliabile la scelta di una pompa di calore del tipo "split".



VALUTAZIONI ECONOMICHE


Un parametro indicativo della convenienza economica di una pompa di calore rispetto ad un sistema tradizionale (caldaia più refrigeratore) è il tempo di ritorno attualizzato (TRA), cioè il tempo necessario perché i risparmi attualizzati, derivanti dai costi di gestione, siano pari al sovracosto iniziale della pompa di calore.
In altre parole TRA è uguale al sovracosto dell'investimento diviso il risparmio attualizzato annuo.
Per la generalità dei casi, si può sostenere che si ha convenienza economica, se si impiega la pompa di calore per la climatizzazione, mentre tale convenienza si riduce notevolmente nelle applicazioni per sola produzione di acqua calda sanitaria e per solo riscaldamento.
In quest'ultimo caso, le condizioni più vantaggiose si ottengono con l'uso di una sorgente fredda diversa dall'aria (acqua o terreno), in quanto la pompa di calore, con questa sorgente, è in grado di coprire da sola il fabbisogno di calore.


CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI
Le economie conseguibili nella climatizzazione degli ambienti con l'utilizzo della pompa di calore si riferiscono al minor consumo che questa consente, rispetto al sistema convenzionale,(caldaia) nel periodo invernale.
I consumi estivi per il raffreddamento ambientale sono uguali sia che venga utilizzata la pompa di calore che il tradizionale condizionatore.
Per il solo riscaldamento ambientale, le numerose configurazioni impiantistiche non consentono una sintesi di validità generale come per gli altri casi; tuttavia si può affermare che, ai costi attuali dei combustibili e dell'energia elettrica, il tempo di ritorno è superiore ad otto anni.
Nel caso di utilizzo della pompa di calore per il solo riscaldamento dell'acqua calda sanitaria i tempi di ritorno dell'investimento sono superiori a 4 anni.



Nel rimanere a disposizione per ogni eventuale chiarimento, la Stella Energia srl, invita tutti gli interessati a contattarci ed eventualmente fissare un sopralluogo, che sarà assolutamente GRATUITO, per verificare le reali possibilità di montaggio dell'impianto e fornire in base ai CONSUMI dell'utenza un "preventivo di massima" completo.


 



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